[发明专利]无源光分配节点及电光混合双层接入网络

说明书

本发明通过构建一种无源光分配节点，使连接至同一个无源光分配节点的多台服务器形成计算簇，以计算簇为基本单元形成数据中心电光混合双层接入网络，实现数据中心内服务器的网络接入功能。通过无源光分配节点实现1个计算簇内m台服务器的流量汇聚，实现了无源光分配节点汇聚交换接口与簇间交换机交换接口的连接链路的高链路利用率；计算簇可以通过簇内信道实现簇内服务器的直接通信，不需要电交换设备转发，降低了簇间数据通信的转发时延；本发明网络可以大幅降低接入层网络电交换设备数量，降低网络功耗，简化上层网络的布局布线的复杂程度；同时，为服务器的双收发网络接口卡配置可调谐收发器，可以根据实时网络负载灵活配置网络带宽。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种无源光分配节点和由其构成的电光混合双层接入网络。

背景技术

传统的数据中心网络结构为面向“客户-服务器”业务为主的“接入-汇聚-核心”三层网络架构，适用于“南-北”向流量为主体的流量模型。随着各类云计算业务的兴起，云计算中心大规模部署，据思科公司预测，到2021年云数据中心将处理94％的工作负载与计算实例，传统数据中心仅占6％。同时，由于云计算业务需要在数据中心内部各服务器间交换大量数据，数据中心内部“东-西”向流量大幅增加，并成为数据中心流量的主体，到2021年数据中心内部流量将占整个数据中心流量的71.5％。传统的三层网络架构不能提供充足的“东-西”向网络带宽，在面向云数据中心新的流量模型时会在汇聚层与核心层产生流量瓶颈问题，所以云数据中心网络结构多采用基于CLOS结构的“spine-leaf”双层网络架构，spine交换机和leaf交换机之间以full-mesh方式连接，该架构可以为数据中心提供一个高带宽的近似无阻塞的网络。但根据Facebook对其云计算数据中心的流量研究报道中，发现接入层的1分钟链路利用率极低，99％的链路负载小于10％，该数据反映出数据中心接入层链路利用率可通过进一步的网络结构设计进行提高，从而减少接入层电交换设备的数量，提高网络利用率。

另一方面，目前数据中心接入层网络由架顶交换机实现，即机架内的所有服务器与架顶交换机连接(一般单个机架40台服务器)，实现网络接入功能。机架内的服务器间数据通信需要架顶交换机进行转发，不能实现直接通信，占用了大量架顶交换机的交换带宽。根据Facebook对其云计算数据中心的流量研究报道，机架内数据交换产生的网络负载约占整个数据中心网络负载的12.9％。通过构建无源光分配节点可以搭建机架内服务器间的直接通信网络，并由多台服务器形成计算簇，提高机架内数据通信效率并进一步降低架顶交换机网络负载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

为了解决现有技术存在的不足，提供一种无源光分配节点及由其构成的电光混合双层接入网络。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

首先，为实现上述目的，提出一种无源光分配节点，包括光耦合器、光分路器、第一光环形器、第二光环形器、第一窄带滤波器、第二窄带滤波器，其中，光耦合器具有m个输入端口和1个输出端口，光分路器具有1个输入端口和m个输出端口，第一光环形器和第二光环形器分别具有各自的第一端口、第二端口和第三端口，第一窄带滤波器和第二窄带滤波器具有各自的第一端口和第二端口，反射预设波长光信号而透射所有其余波长光信号；连接方式为：光耦合器的输出端口与第一光环形器的第一端口连接，第一光环形器的第二端口与第一窄带滤波器的第一端口连接，第一光环形器的第三端口与第二光环形器的第一端口连接，第二光环形器的第二端口与第二窄带滤波器的第一端口连接，第二光环形器的第三端口与光分路器的输入端口连接；无源光分配节点具有m个边缘输入端口、m个边缘输出端口、1个汇聚输入端口、1个汇聚输出端口；m个边缘输入端口分别与光耦合器的m个输入端口连接，m个边缘输出端口分别与光分路器的m个输出端口连接，汇聚输入端口与第二窄带滤波器的第二端口连接，汇聚输出端口与第一窄带滤波器的第二端口连接；m个边缘输入端口与对应的m个边缘输出端口组成m个边缘交换接口，汇聚输入端口与汇聚输出端口组成1个汇聚交换接口。